在火星模擬基地 來一場探測器的拉練

近日，美國國家航空航天局(NASA)宣布，“洞察”號火星登陸器首次探測到源自火星內(nèi)部的微弱震動信號，其很可能源于火星地震。該消息一出，即引發(fā)全球圍觀。

而此前不久，大約100名少年在荒無人煙的大漠中完成了長達5小時的“太空之旅”，這一次別開生面的旅行實際上發(fā)生在中國甘肅的一個火星模擬基地。

火星探測、火星模擬，有關(guān)這顆猩紅色星球的消息一次又一次撩撥地球人的神經(jīng)。太陽坐擁八大行星，為何火星最讓人魂牽夢縈？

與地球最為相似的行星

火星，與羅馬神話中的戰(zhàn)神瑪爾斯(Mars)同名，是太陽系中體積僅次于水星的行星。由于火星表面存在氧化鐵，它的外觀呈現(xiàn)出火烈鳥一般的紅色。

從位置上看，火星與太陽的距離約為1.52個天文單位(1天文單位約為1.5億公里)。由于離太陽較遠，其表面接收的太陽光比較弱，是地球表面的43%。

“火星表面積約等于地球大陸的面積，其半徑約為地球半徑的一半，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的十分之一。從整體密度上看，地球的整體密度為5.5克/米3，火星的整體密度為3.9克/米3。”中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)行星科學(xué)研究所副教授肖智勇接受科技日報記者采訪時說。

盡管存在諸多差異，蔚藍色的地球和猩紅色的火星依然被視作最相似的行星。

首先，這兩顆行星都有一個金屬構(gòu)成的內(nèi)核?；鹦堑暮诵牟糠种饕设F和鎳組成，核心周圍是硅酸鹽地幔。除硅和氧外，火星地殼中最豐富的元素是鐵、鎂、鋁、鈣和鉀等。

其次，火星的季節(jié)變換也與地球最為近似。“二者的自轉(zhuǎn)周期及旋轉(zhuǎn)軸相對于黃道面的傾斜非常接近。”肖智勇說，火星公轉(zhuǎn)的周期大約是地球的兩倍，一個火星日和一個地球日時長差不多。但是一個火星年大約是兩個地球年，火星的季節(jié)長度大約為地球的兩倍。

和地球一樣，火星也有火山活動。火星上的奧林帕斯山是太陽系內(nèi)最大的火山，直徑達到600多公里，高25公里。與其他行星相比，火星表面存在眾多隕石坑，讓人聯(lián)想到月球的撞擊坑以及地球上的山谷、沙漠和極地冰蓋。根據(jù)這些隕石坑，可以判斷火星表面各區(qū)域形成的時間?！盎鹦潜砻嬗泻芏?0億年前的撞擊坑，遍地都是。而目前，地球上發(fā)現(xiàn)的最古老的隕石坑是22億年前的?！毙ぶ怯抡f。

全球性沙塵暴不算罕見

當然，更讓人類驚喜的是火星上曾有大量液態(tài)水。火星表面有一條長約4000公里、最深處達7公里的水手峽谷，是太陽系內(nèi)最深的峽谷。肖智勇告訴科技日報記者，有證據(jù)表明，火星在諾亞紀時期(約41.8億年前—36億年前)有很強的流水作用，在火星表面可以看到湖泊、洪流和辮狀河流的痕跡。也就是說，如果當時在火星上種土豆，至少不用擔心水源問題。

然而火星的模樣早已不復(fù)當年。南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院教授惠鶴九接受科技日報記者采訪時說，隨著火星磁場的消失，導(dǎo)致太陽風(fēng)吹跑了火星的一些大氣，部分水也跟著“丟了”?；鹦乾F(xiàn)在十分干燥，容易出現(xiàn)沙塵暴?！盎鹦巧系纳硥m暴能以160公里/小時的速度移動，而且易演化成全球性沙塵暴事件。”

2018年，“機遇”號就是因為在火星上遭遇了全球性沙塵暴，導(dǎo)致太陽能板被遮擋住，進入低電量休眠狀態(tài)，至今仍未蘇醒。2019年2月13日，由于無法跟探測器取得聯(lián)系，NASA正式宣布服役15年的“機遇”號結(jié)束使命。

為什么火星上容易發(fā)生沙塵暴呢？惠鶴九表示，火星地面有很多沙塵，這是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)。“火星上的沙塵是由巖石風(fēng)化而來的?！毙ぶ怯抡f。

另外，火星大氣活動較活躍。“這是沙塵暴形成的動力基礎(chǔ)，也是沙塵暴能夠長距離輸送的動力保證?！毙ぶ怯陆忉尩?，火星大氣變稀薄，因而表面容易升溫也容易散溫。火星表面最低溫度可低至零下100℃以下，最高溫則可達30℃以上。這種巨大的溫差，造成了空氣的不穩(wěn)定。

移居火星仍存眾多難題

太陽系坐擁八大行星，人類為何對火星更癡迷？

“人類總希望給自己找一個伙伴吧，尋找地外生命是重要原因?！被蔸Q九告訴科技日報記者，火星早期氣候較宜居，所以科學(xué)家們推斷火星可能存在生命。

在火星的諾亞紀時期，有大范圍的水體改造活動，表明火星當時可能溫暖濕潤，具備孕育生命的基本條件。從人類探測火星的階段性目標也可以看出這一點。“最先我們探測火星是為了找水，后來是考察它的宜居性，包括溫度、氣候等?！被蔸Q九說，無論水還是宜居性，都與生命有關(guān)。

移居火星是人類的遠大夢想，也注定了荊棘叢生。第一個挑戰(zhàn)就是如何把人安全送往火星并安全返回。“目前，人類發(fā)射火星探測器只有50%的成功率，現(xiàn)階段沒有哪個國家有把握將人安全送上火星并返回?！被蔸Q九直言。此外，從地球到火星需要花150—300天，這是一段相當漫長、黑暗的孤獨之旅。

到達火星后如何生存，也是一道難以邁過的坎?！霸趺催m應(yīng)火星的氣溫？你在火星上是蹦還是跳？如何轉(zhuǎn)化能量實現(xiàn)自給自足？火星上只有微弱的剩磁，太陽粒子毫無忌憚地打到火星表面，人怎么防護？和地球之間的通訊有延遲怎么辦？火星基地的內(nèi)部是1個標準大氣壓，外部卻是0.1個大氣壓，對基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定和可靠性要求極高?！毙ぶ怯抡f，我們能想到的任何一點在火星上都是困難。

模擬火星環(huán)境尋找答案

為了提前對付這些難題，科學(xué)家想出了各種模擬火星環(huán)境的方法。

直接選擇地球上的某個區(qū)域模擬火星環(huán)境是其中之一。比如在南極、北極圈、冰島，或在美國的莫哈維沙漠、南美洲的阿塔卡瑪沙漠模擬火星等。肖智勇告訴記者，中國的柴達木盆地也很適合火星模擬。“柴達木盆地緯度高、溫差大、紫外線強，到處都是鹽湖，大氣稀薄、表面干燥，且土壤偏堿性，環(huán)境與火星十分相似?！?/p>

還有一種是在實驗室中進行火星模擬，比如位于美國加州帕薩迪納的噴氣推進實驗室(JPL)和位于英國赫特福德郡的火星任務(wù)模擬場。這種模擬通常有較明確的科學(xué)目的。肖智勇介紹，如果要模擬火星上的沙丘移動，就需要在地球上建一個風(fēng)洞實驗室。在風(fēng)洞中要盡量呈現(xiàn)火星表面的環(huán)境，如晝夜溫差、大氣含量和成分、物質(zhì)組成、風(fēng)速等。還有人模擬火星上的物質(zhì)反應(yīng)，這就需要假設(shè)發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)成分，反應(yīng)時的溫度以及反應(yīng)時間長短等。

專家表示，模擬火星環(huán)境有多方面的意義。從工程上講，我們能在模擬火星環(huán)境中測試探測器樣機的性能，如車輪、爬坡能力等。還可以測試科學(xué)載荷的性能，以及宇航員在極端環(huán)境中的身體和心理變化等?！皣H空間站的航天員一般只在太空待半年左右，往返火星所需的時間比這長多了，對航天員的心理和生理都是非常大的考驗，身體也會因為長時間的深空輻射受影響。”惠鶴九說。

研究火星表面的地質(zhì)演化也是如此。“目前我們只能看到物質(zhì)演化后的結(jié)果，由于這種演化和當時的環(huán)境是一種耦合關(guān)系。要揭示它就需要在實驗中模擬。”肖智勇說。

[責(zé)任編輯：楊凡、徐紅梅]

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